Das Gehirn: Aufbau, Funktionen und wichtige Aspekte

Das Gehirn, auch Cerebrum oder Encephalon genannt, ist die Steuerzentrale des Körpers und ein bedeutender Bestandteil des Nervensystems. Es übernimmt lebenswichtige Aufgaben wie die Steuerung von Atmung und Kreislauf. Hier erklären wir dir, wie es aufgebaut ist und welche Funktionen es übernimmt.

Was ist das Gehirn?

Das Gehirn befindet sich im Kopf, geschützt durch die knöcherne Schädeldecke. Im Bereich des Hinterkopfs geht es in das Rückenmark über. Das Nervengewebe des Gehirns ist von drei verschiedenen Hirnhäuten (Meningen) geschützt, bevor es vom Schädel umgeben wird. Sie setzen sich außerhalb unseres Gehirns in den Rückenmarkshäuten fort.

Genau wie das Rückenmark besteht das Gehirn aus zwei verschiedenen Gewebeanteilen:

• Graue Substanz: Enthält alle Zellkörper der Nervenzellen. Bei Groß- und Kleinhirn bildet die graue Masse die umhüllende Rinde. Außerdem befindet sie sich in der weißen Substanz.
• Weiße Substanz: Enthält die Nervenfasern, also die Axone der Nervenzellen. Beim Gehirn befinden sich die Nervenzellkörper also vor allem in den äußeren Bereichen und die Axone liegen im inneren Teil des Gehirns.

Über hin- und wegführende Nervenbahnen sind die Gehirnareale mit dem gesamten Körper verbunden. Die Länge aller Nervenbahnen unseres Gehirns zusammen beträgt ungefähr 5,8 Mio. Kilometer.

Das Gehirn übernimmt alle lebenswichtigen Funktionen des Körpers, wie die Atmung, den Kreislauf oder das Schlaf-Wach-Verhalten. Dazu nimmt das Gehirn alle Informationen von den Organen und aus der Umwelt auf, speichert und verarbeitet sie. Auch komplexe Funktionen wie Denken, Lernen, Emotionen oder Handlungsabläufe werden dort gesteuert. Das Gehirn ist also sehr komplex und übernimmt viele unterschiedliche Aufgaben. Daher gibt es viele verschiedene Gehirnregionen mit speziellen Aufgaben, die zusammen arbeiten müssen.

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Die Hauptbestandteile des Gehirns

Das Gehirn lässt sich in verschiedene Abschnitte einteilen:

• Großhirn (Cerebrum): Das Großhirn ist, wie der Name schon sagt, das größte Gehirnareal und macht etwa 80 % des menschlichen Gehirns aus. Um seine Oberfläche noch weiter zu vergrößern, ist es stark gefaltet. Es bildet viele Gehirnwindungen (Gyri), die durch Gräben (Sulci) voneinander getrennt sind. Es besteht aus einer rechten und linken Gehirnhälfte und befindet sich im oberen Teil des Gehirns. Ein Bündel von Nervenfasern (Corpus Callosum) verbindet die Gehirnhälften miteinander. Zudem ist die Oberfläche des Großhirns durch Furchen (Sulci) und Windungen (Gyri) stark gefaltet. Das Großhirn ist allgemein für Funktionen wie das Gedächtnis, Bewusstsein, Gedanken, Emotionen und die Koordination willkürlicher Aktivitäten verantwortlich. Gut zu wissen: Das Großhirn verbraucht allein etwa 20 % des gesamten Energieverbrauchs deines Körpers. Die Funktionen und Aufgaben der verschiedenen Hirnlappen unterscheiden sich, wobei jeder Lappen für bestimmte Verarbeitungsprozesse zuständig ist. Denken, Entscheidungsfindung, Planung und die Kontrolle der motorischen Funktionen, z. Das Großhirn ist das Kommandozentrum deines Nervensystems und spielt eine wichtige Rolle bei der Informationsverarbeitung. Anschließend leiten Nervenbahnen die Reize zum Großhirn weiter, während neuronale Aktivitäten die eingehenden Signale verarbeiten. Das Großhirn besteht aus zwei Arten von Gewebe. Die graue Substanz bildet die äußere Schicht der Gehirnhälften‎ und wird auch Großhirnrinde genannt. Die weiße Substanz ist von der grauen Substanz umgeben. Sie bildet den Großteil der tiefer liegenden Strukturen des Großhirns. Zudem verbindet sie verschiedene Bereiche des Großhirns miteinander. isolierend und schützt somit die Axone. Der Hirnstamm spielt außerdem bei lebenswichtigen Funktionen wie zum Beispiel Herzfrequenz, Atmung und Reflexen eine große Rolle. Das Großhirn und das Kleinhirn sind zwei wichtige Teile des menschlichen Gehirns. zu gewährleisten. Das Großhirn verarbeitet Sinneseindrücke von außen und kontrolliert Bewegungen. Die Aufgabe der Großhirnrinde ist es, durch die neuronalen Verbindungen sensorische Informationen vom Körper zum Gehirn weiterzuleiten. Die Großhirnrinde dient Funktionen wie z. Das Großhirn besteht aus zwei Hemisphären, der linken und der rechten Hemisphäre. Sie sind durch ein Bündel von Nervenfasern verbunden. Super! Jetzt hast du einen Überblick über das Großhirn.

• Zwischenhirn (Diencephalon): Das Zwischenhirn liegt, wie der Name schon sagt, zwischen dem Großhirn und dem Mittelhirn. Zu den wichtigsten Strukturen gehören:

  • Thalamus: Kannst du dir als „Tor zum Bewusstsein“ vorstellen. Seine Funktion ist die Sammlung fast aller Sinneswahrnehmungen und die Weiterleitung an das primär sensorische Rindenfeld im Scheitellappen des Großhirns.
  • Hypothalamus: Kontrolliert den Hormonhaushalt. Damit stellt er sozusagen die Verbindung zwischen Hormon- und Nervensystem dar. Er steuert wichtige Funktionen, wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Körpertemperatur und Sexualverhalten. Der Hypothalamus ist verbunden mit der Hypophyse. Sie ist die Hormondrüse am Gehirn.

• Kleinhirn (Cerebellum): Das Kleinhirn liegt unterhalb des Großhirns und hinter dem Hirnstamm. Genau wie das Großhirn, lässt sich auch das Kleinhirn in zwei Hemisphären einteilen. Zwischen den beiden Hälften liegt der Kleinhirnwurm. Das Kleinhirn ist vor allem für das Gleichgewicht und die Steuerung von erlernten Bewegungsabläufen verantwortlich.

• Hirnstamm (Truncus encephali): Der Hirnstamm bildet den untersten Teil des Gehirns. Der Hirnstamm ist für die Verschaltung von Sinneseindrücken verantwortlich. Im Nachhirn überkreuzen sich viele Nervenbahnen unserer beiden Körperhälften.

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• Limbisches System: Eine funktionelle Einheit des Gehirns ist das limbische System. Das limbische System (engl. Limbic System) verbindet Strukturen des Vorderhirns, wie den Mandelkern (Amygdala), den Thalamus und den Hippocampus zusammen. Limbisch stammt vom lateinischen Wort limbus, was so viel wie “Saum” oder “Rand” bedeutet. Die Aufgaben des limbischen Systems sind vielfältig. Das limbische System liegt zwischen der Großhirnrinde und dem Hirnstamm. Es ist ein Komplex aus verschiedenen Gehirnstrukturen, die sich nicht durch eine benachbarte Lage, sondern durch ihre ähnlichen Funktionen definieren. Gyrus parahippocampalis (mit Subiculum und Area entorhinalis): Er besteht aus grauer Substanz und ist ein Teil der Großhirnrinde. (Corpus amygdaloideum / Mandelkern): Sie ist wichtig für die Speicherung von Gedächtnisinhalten verknüpft mit Emotionen (emotionales Lernen) und das Affektverhalten. Teile des Thalamus (z.B. Die Verbindung zwischen dem limbischen System und dem Mesencephalon (Mittelhirn) bezeichnest du als mesolimbisches System. Das limbische System ist an vielfältigen Aufgaben beteiligt. Dazu gehört die Steuerung von Emotionen, Lernen und Antrieb / Motivation. Dazu müssen eingehende Sinneswahrnehmungen und Reize verarbeitet und bewertet werden. Solche Wahrnehmungen können beispielsweise Gerüche sein, weil limbisches System und Riechkolben eng miteinander verbunden sind. Ist beispielsweise die Amygdala verletzt, können Patienten Situationen nicht mehr emotional bewerten. Sie verlieren dann ihr Angstempfinden. Bei der Alzheimer-Erkrankung, die mit Gedächtnis- und Orientierungsproblemen einhergeht, ist als erstes der Hippocampus betroffen. Bei der Schizophrenie kann eine verminderte Aktivität des Frontallappen festgestellt werden, die mit Veränderungen im limbischen System zusammenhängt.

Wie funktioniert das Gehirn?

Das Gehirn übernimmt alle lebenswichtigen Funktionen unserer Körpers, wie die Atmung, den Kreislauf oder das Schlaf-Wach-Verhalten. Dazu nimmt das Gehirn alle Informationen von den Organen und aus der Umwelt auf, speichert und verarbeitet sie. Auch komplexe Funktionen wie Denken, Lernen, Emotionen oder Handlungsabläufe werden dort gesteuert.

Das Gehirn ist also sehr komplex und übernimmt viele unterschiedliche Aufgaben. Daher gibt es viele verschiedene Gehirnregionen mit speziellen Aufgaben, die zusammen arbeiten müssen.

Im Gehirn sind die Nervenzellen (Neuronen) über Synapsen miteinander verbunden. Die Synapsen können dabei nutzungsabhängig optimiert und verändert werden. Der Prozess heißt auch neuronale oder synaptische Plastizität. Das beantwortet zum Beispiel die Frage „Wie lernt das Gehirn?“. Denn Lernfähigkeit kommt dadurch zustande, dass durch ständiges Wiederholen entsprechende Synapsen verstärkt werden.

Das Gehirn eines Embryos entwickelt sich etwa ab der vierten Schwangerschaftswoche. Dazu bilden sich aus dem vorderen Teil Neuralrohr drei bläschenförmige Erweiterungen aus. Bereits in dieser frühen Entwicklungsphase wird das Gehirn also in unterschiedliche Abschnitte eingeteilt. Aus den drei ersten Bläschen bilden sich das Vorder-, das Mittel- und das Rautenhirn. Im Laufe der Entwicklung gehen daraus dann weitere Hirnbläschen hervor, welche die restlichen Gehirnabschnitte bilden.

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Da der Energieverbrauch des Gehirns so hoch und der Stoffwechsel dort so aktiv ist, benötigt es sehr viel Sauerstoff und Glucose (Energielieferant). Denn obwohl das Gehirn nur 2% des Körpergewichts ausmacht, geht ungefähr ein Fünftel unseres gesamten Sauerstoffbedarfs an das Gehirn. Die Durchblutung des Gehirns läuft über zwei große, jeweils in Paaren angelegte Arterien ab. Seitlich am Hals entlang verläuft die innere Halsschlagader (Arteria carotis interna), die aus der Halsschlagader (Arteria carotis communis) entspringt.

Damit schädliche Substanzen nicht ins Gehirn gelangen, gibt es eine Schranke. Die sogenannte Blut-Hirn-Schranke stellt eine Barriere zwischen den Blutgefäßen und den Nervenzellen dar.

Nervenzellen: Die Bausteine des Gehirns

Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind für die Reizweiterleitung im Körper verantwortlich. Sie sind hochspezialisierte Zellen, durch welche die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung aller Reize aus der Umwelt erfolgt. Dazu sind die einzelnen Nervenzellen miteinander zu einem großen Netzwerk verschalten. Das Gehirn besteht aus etwa 100 Milliarden Neuronen.

Aufbau einer Nervenzelle

Das Neuron lässt sich in unterschiedliche Abschnitte gliedern:

• Zellkörper (Soma): Enthält den Zellkern und die wichtigsten Zellorganellen.
• Dendriten: Nehmen Signale aus dem Körper auf und leiten sie zum Zellkörper weiter.
• Axonhügel: Bildet den Übergang vom Soma zum Axon. Die elektrischen Signale werden hier solange gesammelt und summiert, bis eine bestimmte Schwelle oder ein Schwellenpotential überschritten wird. Erst dann wird ein Signal an das Axon weitergeleitet. Diese Signale nennst du Aktionspotentiale. Das verhindert, dass unser Körper jedes kleinste Signal weiterleitet.
• Axon (Neurit): Der lange Fortsatz der Nervenzelle, der aus dem Axonhügel hervorgeht. Die Aufgabe des Axons ist die Weiterleitung der Aktionspotentiale zu Nerven- oder Muskelzellen. Damit die Weiterleitung der elektrischen Signale möglichst schnell und ohne Verluste funktioniert, ist das Axon sozusagen wie ein elektrisches Kabel isoliert. Dazu wird der Fortsatz durch Stütz- oder Hüllzellen umhüllt. (außerhalb von Gehirn und Rückenmark) nennst du sie auch Schwann’sche Zellen. um die Axone. Die Umhüllung ist immer wieder durch freiliegende Axonbereiche unterbrochen. . Den nicht-umhüllten Bereich eines Axons nennst du Ranvierschen Schnürring. erhöht wird. Denn die Erregung kann auch von einem Schnürring zum nächsten „springend“ weitergeleitet werden.
• Synaptische Endknöpfchen: Bilden das Ende eines Neurons. Das elektrische Signal wird hier auf die nächste Nervenzelle oder zum Beispiel auf eine Sinnes- oder Muskelzelle übertragen. Dazu wird das elektrische Signal meist in ein chemisches Signal umgewandelt. Die Verbindung am Ende einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle nennst du Synapse. In den meisten Fällen sind das chemische Synapsen. Das Endknöpfchen setzt chemische Moleküle in den synaptischen Spalt - die Lücke zwischen den zwei Zellen - frei. Dort binden sie an Rezeptoren und geben die Erregung weiter. Sie geben das elektrische Signal des Axons an die nächste Nervenzelle weiter. Für die Weiterleitung eines Signals an der Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. - an die nächste Zelle.

Reizweiterleitung durch Nervenzellen

Nehmen wir an, jemand tippt dir von hinten auf die Schulter. Die Dendriten der Nervenzelle leiten den Reiz zum Zellkörper weiter. Die Erregung durch das Antippen ist stark genug, dass am Axonhügel ein Aktionspotential entsteht. An der chemischen Synapse wird das elektrische Signal in ein chemisches Signal umgewandelt. Dazu setzen die synaptischen Endknöpfchen chemische Moleküle (Neurotransmitter) in den synaptischen Spalt frei. Die Moleküle binden an Rezeptoren auf der anderen Seite des Spalts. Das führt zur Entstehung eines elektrischen Signals in der nächsten Zelle. Das Signal wird so über Nervenzellen bis in dein Gehirn geleitet. Dort wird es verarbeitet und das Gehirn erhält das Signal „Du wurdest berührt“.

Alle Nervenzellen zusammen bilden in deinem Körper das Nervensystem.

Das Nervensystem: Zentrale und periphere Anteile

Betrachtest du die Anatomie, hat das Nervensystem des Menschen einen ganz bestimmten Aufbau. Es gliedert sich in:

• Zentrales Nervensystem (ZNS): Umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Das zentrale Nervensystem (auch: Zentralnervensystem, kurz: ZNS, engl. Central Nervous System) des Menschen setzt sich aus dem Gehirn und dem Rückenmark zusammen. bildet es das Nervensystem. Das zentrale Nervensystem ist verantwortlich für das Denken, Fühlen und Erinnern. Dazu verarbeitet es Informationen aus deinem Körper und deiner Umwelt. Wenn du auf der anderen Straßenseite zum Beispiel einen Freund siehst, verarbeitest du die Information in deinem zentralen Nervensystem.
• Peripheres Nervensystem (PNS): Umfasst alle Nerven außerhalb des Gehirns und des Rückenmarks (Peripherie, z. B. Gemeinsam sind die beiden Teile für die Übertragung von Informationen und für die Koordination der Körperfunktionen (z. B. Das ZNS bekommt seine Informationen vom peripheren Nervensystem, verarbeitet sie und schickt Befehle mit passenden Reaktionen an das periphere Nervensystem zurück. zum zentralen Nervensystem, also vom PNS zum ZNS (afferent).

Das menschliche Nervensystem ist für die gesamte Informationsverarbeitung im Körper verantwortlich. Es besteht aus dem zentralen und dem peripheren Nervensystem. zusammen. Das periphere Nervensystem sendet dabei Signale an das zentrale Nervensystem. Die Signale kommen aus deiner Umwelt (Beispiel: Du siehst / spürst etwas) oder aus deinem Inneren (Beispiel: Du hast Hunger / bist müde). Außerdem leitet das zentrale Nervensystem Signale an das periphere Nervensystem weiter. Es sendet also motorische Befehle (Beispiel: Hebe die Hand / Sage „Hallo“).

Das zentrale Nervensystem hat einige wichtige Aufgaben und Funktionen im Körper des Menschen:

• Integration (=Zusammenbringen) aller Reize, die der Organismus vom Körperinneren und von der Umwelt aufnimmt (Beispiel: Essen sehen und gleichzeitig Hungergefühl verspüren).
• Koordination (=Abstimmung) der motorischen Bewegungen des Organismus (Beispiel: Winken und gleichzeitig grüßen).
• Regulation (=Anpassung) der lebensnotwendigen Prozesse, die im Körper ablaufen (Beispiel: Hormone regulieren, Atmung beruhigen).

Das zentrale Nervensystem des Menschen ist außerdem für alle kognitiven Funktionen zuständig - also für die Sprache, das Bewusstsein, das Denken und Lernen, für Erinnerungen, für Aufmerksamkeit und für das Vorstellungsvermögen.

Grundsätzlich besteht das Nervensystem aus Milliarden von Nervenzellen - den sogenannten Neuronen. Im Rückenmark ist die weiße Substanz außen und die graue Substanz innen. Im Gehirn ist es umgekehrt.

Unterteilung des peripheren Nervensystems

Das periphere Nervensystem lässt sich weiter unterteilen in:

• Somatisches Nervensystem: Nennst du auch animalisches Nervensystem oder willkürliches Nervensystem. Es umfasst alle bewussten und willentlichen Prozesse in deinem Körper, also jene, die du absichtlich steuern und beeinflussen kannst.
• Vegetatives Nervensystem: Kannst du auch als viszerales Nervensystem oder autonomes Nervensystem bezeichnen. Es steuert alle unwillkürlichen Prozesse deines Körpers, also jene, die außerhalb deines Bewusstseins sind und automatisch ablaufen.

Gedächtnis: Speicherung von Informationen

Das Gedächtnis ermöglicht es uns, Informationen abzuspeichern. Du bist in der Lage, dich an Ereignisse und damit verbundene Gefühle zu erinnern, selbst wenn sie Jahre zurückliegen. Oder du lernst Fahrrad fahren oder eine Fremdsprache. Informationen aufzunehmen, zu speichern und erneut abzurufen.

Gedächtnisarten

Zusammen entsteht aus den drei Gedächtnisarten das sogenannte Mehrspeichermodell (Atkinson & Shiffrin, 1968). Es erklärt, wie unsere Gedächtnisleistung - also Lernen, Speichern und Wiederabrufen - stufenweise funktioniert.

• Sensorisches Gedächtnis: Ultrakurzzeitgedächtnis oder auch Immediatgedächtnis (immediat = sofort) dient der unmittelbaren Aufnahme vieler verschiedener Sinneseindrücke. Das reicht gerade aus, um wichtige Wahrnehmungen an das Kurzzeitgedächtnis weiterzuleiten. Danach werden sie direkt wieder von neuen Informationen „überschrieben“. Da wir mit so vielen Sinneseindrücken konfrontiert werden, muss eine Selektion stattfinden.
• Kurzzeitgedächtnis: Wichtige Informationen gelangen also ins Kurzzeitgedächtnis, das du auch Arbeitsgedächtnis nennst.
• Langzeitgedächtnis: Das Langzeitgedächtnis speichert wichtige Daten dauerhaft. Das ist die Form des Gedächtnisses, die allgemein als das Gedächtnis bekannt ist. Wenn du etwas gelernt und im Langzeitgedächtnis gespeichert hast, (Enkodierung) sind Üben und Wiederholen wichtig, um die Dinge zu festigen und das Gedächtnis zu trainieren. Je stärker du die Inhalte mit Emotionen oder anderem Wissen verknüpfst, desto eher bleiben sie dir im Gedächtnis. Oft hilft es auch, nach dem Lernen zu schlafen. semantisches Gedächtnis: speichert Fakten-/Allgemeinwissen über die Welt, unabhängig von der eigenen Person; z.B. Perzeptuelles Gedächtnis: zum Wiedererkennen bestimmter Muster; z.B.

Lernen und Gedächtnis

) sind das Ergebnis von Lernprozessen und bilden die Grundlage des Gedächtnisses. Denn beim Üben und Wiederholen werden die Synapsen viel benutzt und dadurch verstärkt. Das heißt also, dass für unsere Merkfähigkeit ein ganzes Netzwerk an Nervenzellen zuständig ist. Da es sich über verschiedene Gehirnbereiche erstreckt und oft mehrere Gehirnstrukturen gleichzeitig aktiv sind, ist eine genaue Abgrenzung schwierig. besonders wichtig. Für das Lernen ist insbesondere das Kleinhirn von Bedeutung.

Gedächtnisstörungen

Das Gedächtnis funktioniert allerdings nicht immer einwandfrei, sondern kann durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt werden. Dadurch kann es zu Problemen bei der Erinnerungsfähigkeit kommen. Das bezeichnest du dann als Amnesie. Dabei beschreibt die retrograde Amnesie das Vergessen von Ereignissen vor der Schädigung. Ist das Kurzzeitgedächtnis beeinträchtigt, werden direkt vorangegangene Ereignisse vergessen. An lange Zurückliegendes können sich Patienten jedoch noch gut erinnern.

Alle Gedächtnisprozesse laufen also in unterschiedlichen Strukturen unseres Gehirns ab.

Erkrankungen des Gehirns

Das Gehirn kann aber auch durch verschiedene Ursachen in seiner Funktion gestört oder beschädigt werden. Am besten können Schädigungen durch ein Gehirn-MRT festgestellt werden. Bei der Magnetresonanztomographie (MRT) wird der Kopf sozusagen gescannt und ein Bild erstellt. Je nachdem, welcher Bereich des Gehirns beschädigt wird, können ganz unterschiedliche Symptome auftreten. Neurologische Erkrankungen sind Erkrankungen des Nervensystems. Sie sind entweder durch einen Gendefekt angeboren oder entstehen im Laufe des Lebens. Hierfür können zum Beispiel eine Infektion, ein Trauma oder eine Rückbildung (Degeneration) verantwortlich sein.

Einige Beispiele für Erkrankungen des Gehirns sind:

• Schlaganfall: Eine Durchblutungsstörung im Gehirn durch den Verschluss eines Blutgefäßes, die zu Sauerstoffunterversorgung im entsprechenden Gebiet führt.
• Gehirntumor: Es gibt gutartige und bösartige Hirntumore.
• Demenz: Unter Demenz versteht man die Abnahme von Gedächtnis- und Denkleistungen. Eine Art der Demenz ist Alzheimer.
• Parkinson: Bei Parkinson kommt es zum Absterben einer bestimmten Art von Nervenzellen im Gehirn. Dadurch herrscht eine geringere Konzentration des Botenstoffs Dopamin vor.

Die hier genannten Erkrankungen treten also alle im ersten Teil des zentralen Nervensystems (ZNS) - dem Gehirn - auf. Den zweiten Teil des ZNS bildet das Rückenmark.

Reflexe: Unwillkürliche Reaktionen

In deinem Körper gibt es auch Prozesse, die zwar mit Bewegungen deines Körpers zusammenhängen und somit eine Reaktion auf deine Umwelt sind, die aber nicht bewusst gesteuert werden. Warum bleiben wir stehen, wenn wir eine rote Ampel sehen? Hierfür spielen Nervenzellen eine große Rolle. Wenn du zum Beispiel etwas siehst oder berührst, erfährt dein Körper einen Reiz.

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